波奇学Linux:IP协议

ip报文解析 

 4位版本：一般是4表示通信的ip版本号是ipv4还是ipv6

4位首部长度：数值*4=ip报头长度 取值范围为[0101,1111], 报头长度就是[5*4=20,15*4=60]

8位服务类型(TOS)：4位TOS位段和3位优先权字段和一位保留字段

4位TOS相当于给路由器转发路径选择提供策略，只能选择一个，最小延时（速度快），最大吞吐量（数据多），最高可靠性（避免丢包），最小成本。

16位总长度：表示ip报文整体长度

16位标识：每个ip报文都有自己的编号，分片的ip报文编号是相同的。

3位标志位：第1个不用，第2位置为0，表示允许分片，第3位表示结束当前标记（最后一个小包置为0，不然为1)

13位片偏移：表示片在原始片中的偏移量

8位生存时间：报文在网络中生存时间，表示报文可以经过路由转发的次数，一般为64 每被转发一次，数字减1，防止出现路由循环。

8位协议：把ip的有效载荷交给上层的UDP/TCP等哪个协议

16位首部校验和:校验数据报 头部 在传输中是否出错。

32位源ip地址/32位目的ip地址：源ip和目的ip

Question

报头和有效载荷如何分离？

固定长度和自描述字段结合，读取20个字节，再读取首部长度计算出报头长度，报头长度-20字节，剩下的部分即为选项的长度。

网络底层是字节流吗？

不是，由ip协议可知实际上是报文流，tcp上层经过处理才变成了字节流的模样。

套接字socket的ip和端口号分别哪层报文？

ip地址保存在ip报文中，端口号保存在tcp/udp报文中。在路由过程中，只会用到网路层，看不到端口号。

为什么应用成要把点分十进制的ip转为4个字节？

ip报文ip就是4个字节

如何看待ip报文从代码的角度？

ip报头是c语言的结构体

ip地址组成

ip地址=网络号+主机号

网段号：保证相互连接的两个网段具有不同的标识

主机号：同一个网段内，主机有相同的网络号，有不同的主机号

路由器本质上是也是一台主机，也有自己的ip地址，一般为主机号为1

路由器至少连接两个子网，路由器也就相当于同时在两个子网中，立即路由器有多个ip地址，网络号不一样，主机号为1

路由器的功能：ip报文转发，构建子网（给子网内部的设备分配ip地址）

DHCP技术：自动给子网内新增主机节点分配ip地址，避免手动管理ip的不便。

路由器带有DHCP功能， 可以看做一个DHCP服务器。

划分ip的方法和ip短缺问题

局限性：浪费ip地址

申请了一个B类网络，一个子网可以支持2^16-2主机允许，但实际上不可能达到这个数量。

CIDR解决ip短缺问题

（Classless Interdomain Routine)

引入一个额外的子网掩码（subnet mask)来区分网络号和主机号

子网掩码也是一个32位的正整数，通常用一串0结尾

ip地址和子网进行按位与操作，得到的结果就是网络号

网络号和主机号划分与这个ip地址是A类还是B类，C类无关

通过子网掩码计算网络号

主机数为0，和255的不分配给主机

140.252.20.0作为网络号代表局域网

140.252.20.255作为广播用于给所有主机发数据包

子网掩码如何解决问题ip浪费问题？

网络号的位数不再固定，当子网掩码的1变多时，网络号变长，ip地址变少。0变多时，网络号变短，ip地址变少

如当子网掩码变255.255.255.240（ff ff ff f0)

网络号就变成 140.252.20.60

子网地址范围 140.252.20.64~140.252.20.79

子网掩码在路由器中，当ip报文转发时，路由器会子网掩码计算出网络号

增加ip利用上限

动态分配ip地址：只给接入网络的设备分配ip地址，同一个mac地址的设备，每次接入互联网中，得到的ip地址不一定是相同的

ipv6：新的协议，用16个字节128来表示ip地址（ipv4 是 4个字节 32位）

NAT技术

NAT技术

公网ip和私有ip

私有ip地址：在组键的局域网中通信，而不直接连接到Internet上。

公网ip：访问局域网外的设备要用到公网ip，如百度服务器。

私有ip的范围

我们只需要用公网ip标识局域网，用私有ip标识局域网中的设备

我们在用ipconfig查询得到的ip地址实际上是私有ip。

局域网主机如何访问公网

路由器有两个ip：子网ip相当路由器在当前局域网中ip，wan口ip相当于路由器在上一级局域网的私有ip。 运营商的wan口ip相当于公网ip。

主机192.168.1.201发送请求，经过路由转发的过程中，私有 ip被不断替换成wan口ip

路由表：主机是如何转发给路由器的

1.计算目标网络=目标ip&Genmask

2.比对desination和目标网络，通过Iface转发到符合的下一级路由，destination是下一级路由的网络号

路由表的结果：

1.给你具体下一跳

2.路由器不清楚，转入默认路由（同网段的另一台路由）

3.到达入口路由器（目标ip网络号的路由）

ip报文的分片

实际上在同一台主机，报文没有在网络层发送出去，而是继续交给自己的下一层协议（数据链路层），不能发送一次过大的报文，要求上层不能发过大报文。

ip报文过大进行分片

报文长度为3000进行分片

三个切片标识符都是1111

每个片都带有ip报头

偏移量计算参照切片前的ip报文

三个分片16位标识号为1111

判断是否被分片？

a.片偏移！=0 ||  第三位标识符为1

如何判断是否丢失？

a.丢第一个，没有片偏移为0的分片

b.丢最后一个 没有第三位标识符为1的分片

c.丢中间，根据片偏移量判断

不建议分片

有任何一个分片丢失，ip报文都要重新发送

分片过多，丢的包也多。